Question

用落体法验证机械能守恒定律的实验中：
（1）有下列器材可供选用：电磁打点计时器、铁架台（带铁架）、带铁夹的重物、复写纸、纸带、秒表、导线、开关、天平，其中不必要的器材是

秒表、天平

；缺少的器材是交流电源，

刻度尺

．
（2）供选择的重物有以下四个，应选择

C

A．质量为100g的木球      B．质量为10g的砝码     C．质量为200g的重锤      D．质量为10g的塑料球
（3）若实验中所用重锤质量为m=1kg，打点纸带如图1所示（O点为自由下落的起始点），打点时间间隔为0.02s，则记录D点时，重锤的速度v_D=

0.768

，重锤动能E_KD=

0.295

．从开始下落起至D点，重锤的重力势能减少量为

0.321

J，因此可得出的结论是

在忽略阻力的情况下，重锤机械能守恒

．（结果均保留三位有效数字）
（4）根据纸带算出相关各点的速度v，量出下落距离h，则以v²/2为纵轴，以h为横轴画出的图象应是图2中的

C

Answer 1

分析：（1）验证机械能守恒的实验中，验证动能的增加量与重力势能的减小量是否相等，所以要测重锤下降的距离和瞬时速度，测量瞬时速度和下降的距离均需要刻度尺，不需要秒表，重锤的质量可测可不测．
（2）选择的重物要有利于减小误差，因此要选择体积小质量大的重物．
（3）匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度等于该过程中的平均速度，由此可以求出D点的速度大小，进一步求出动能的增加量，根据重力做功和重力势能之间的关系可求出重力势能的减小量，比较重力势能的减小量和动能增加量之间的关系可正确得出结论．
（4）根据机械能守恒有mgh=

1

2

mv2，由此得出则以

v2

2

为纵轴，以h为横轴画出的图象为过原点的直线．

解答：解：（1）其中不必要的器材是：因为我们是比较mgh、

1

2

mv2的大小关系，故m可约去，不需要用天平，不需要秒表，打点计时器本身可以表示出时间；
在实验中需要刻度尺测量纸带上点与点间的距离从而可知道重锤下降的距离，以及通过纸带上两点的距离，求出平均速度，从而可知瞬时速度，因此还需要刻度尺，交流电源．
故答案为：秒表、天平；刻度尺，交流电源．
（2）由于实验中受到空气阻力和纸带的摩擦阻力，所以我们应找体积较小，质量较大的物体作为研究对象．
故选C．
（3）变速直线运动中时间中点的瞬时速度等于该过程中的平均速度，由此可以求出D点的速度大小为：
vD=

xCE

2T

=0.768m/s
EkD=

1

2

mv2=0.295J
重力势能减少量是：mgh=1×9.8×32.72×10^-3=0.321J
减少的重力势能和增加的动能几乎相等，故结论是：在忽略阻力的情况下，重锤机械能守恒．
故答案为：0.768；0.295；0.301，在忽略阻力的情况下，重锤机械能守恒．
（4）根据机械能守恒有mgh=

1

2

mv2，由此得出则以

v2

2

为纵轴，以h为横轴画出的图象为过原点的直线，ABD错误，C正确．
故选C．

点评：正确解答实验问题的前提是明确实验原理，从实验原理出发进行分析所需实验器材、实验步骤、所测数据等，会起到事半功倍的效果．